[發(fā)明專利]一種二維矢量陣陣元姿態(tài)誤差校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710378937.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107202975B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅繼丹;孫大軍;朱英慧;黃天鳳;馬超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/18
• 分類號(hào): G01S5/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于矢量陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種二維矢量陣陣元姿態(tài)誤差校正方法。利用目標(biāo)源按照直線航行通過(guò)矢量陣的端射方向，進(jìn)行波束形成，測(cè)得目標(biāo)源直線航行時(shí)相對(duì)于聲壓陣的方位隨時(shí)間的變化值，計(jì)算過(guò)陣端射方向時(shí)刻及過(guò)陣端射方向角度，再計(jì)算過(guò)陣時(shí)刻相對(duì)于陣列在水平面的投影方位，得到目標(biāo)源相對(duì)于各二維矢量水聽(tīng)器的方位隨時(shí)間變化值，計(jì)算各個(gè)二維矢量水聽(tīng)器在該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的方位，得到矢量陣的各個(gè)陣元姿態(tài)誤差，利用電子旋轉(zhuǎn)對(duì)矢量陣的各個(gè)陣元姿態(tài)誤差進(jìn)行校正，得到校正后的x軸振速通道信號(hào)及y軸振速通道信號(hào)。本發(fā)明僅需一個(gè)校正源，可校正范圍更大，不需要輔助設(shè)備參與。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于矢量陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種二維矢量陣陣元姿態(tài)誤差校正方法。

背景技術(shù)

矢量水聽(tīng)器具有與頻率無(wú)關(guān)的指向性特點(diǎn)使得單矢量水聽(tīng)器就可以獲得一定的空間處理增益并完成對(duì)目標(biāo)的方位估計(jì)，矢量陣因結(jié)合了陣列可以獲得更多空間處理增益和矢量指向性的雙重特點(diǎn)，與單聲壓陣相比具有可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的左右舷分辨，獲得更高的信號(hào)處理增益，可實(shí)現(xiàn)空間降采樣增大基陣孔徑提高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，使得其在岸基聲納、拖曳陣聲納等方面具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而成為國(guó)內(nèi)外諸多新型聲納的發(fā)展趨勢(shì)。理想條件下，同等陣元數(shù)的矢量陣比聲壓陣列具有更高的信號(hào)處理增益和更窄的波束。但是矢量陣的理想陣列流型保證更為困難，除了要對(duì)幅相誤差、陣元位置誤差校正外，矢量水聽(tīng)器陣元的姿態(tài)誤差也會(huì)對(duì)矢量陣的信號(hào)處理性能帶來(lái)影響。聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)振速為矢量，具有方向性，陣元姿態(tài)誤差只對(duì)它有影響，對(duì)聲壓通道沒(méi)有影響，當(dāng)陣元姿態(tài)存在誤差且無(wú)法準(zhǔn)確地獲取陣元的姿態(tài)信息時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振速分量就不能再被利用，這樣矢量陣相對(duì)于標(biāo)量陣的優(yōu)勢(shì)也就不復(fù)存在，因此，對(duì)矢量陣陣元姿態(tài)誤差進(jìn)行測(cè)量和校正是十分必要的。

為了保證矢量陣信號(hào)處理的性能，往往需要對(duì)實(shí)際矢量陣的陣列流型進(jìn)行測(cè)量和校正，影響矢量陣陣列流型誤差的因素有：各通道的幅相誤差，陣元位置誤差以及陣元姿態(tài)誤差等。這里給出了一種針對(duì)二維矢量陣的矢量水聽(tīng)器陣元姿態(tài)誤差測(cè)量和校正方法。

出自聲學(xué)技術(shù).2009，28(2)的文獻(xiàn)《單輔助源矢量陣相位誤差校正方法》研究了一種單輔助源矢量陣相位誤差校正方法。該方法是當(dāng)陣列僅存在與聲源方位無(wú)關(guān)的誤差形式時(shí)，通過(guò)設(shè)置方位精確已知的輔助聲源來(lái)對(duì)相位誤差進(jìn)行校正的一種行之有效的方法。該方法利用輔助源與基陣之間相對(duì)空間位置的先驗(yàn)知識(shí)，首先消除所在象限及復(fù)阻抗所引起的相位影響，繼而實(shí)施修改陣列流型后的改進(jìn)的單輔助源相位校正算法，最后查找參考陣元處聲壓通道和振速通道間的相位差。是一種針對(duì)矢量陣相位誤差校正方法，不適用于矢量陣陣元姿態(tài)誤差校正。

出自應(yīng)用聲學(xué).2015，34(5)的文獻(xiàn)《聲矢量陣陣元位置及幅相誤差有源校正算法》針對(duì)聲矢量陣幅相誤差及陣元位置誤差校正問(wèn)題，基于特征分解法，提出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的有源校正算法。該方法需要合作信源的至少3個(gè)方位信息，根據(jù)聲矢量陣的通道特征，利用特征分解法構(gòu)造矩陣方程組，通過(guò)矩陣運(yùn)算得到聲矢量陣陣元位置和幅相誤差參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聲矢量陣的校正。是一種幅相誤差校正方法。

出自兵工學(xué)報(bào).2014，35(8)的文獻(xiàn)《聲矢量陣陣元姿態(tài)誤差自校正算法研究》分析了陣元姿態(tài)誤差對(duì)聲矢量陣波束圖的影響。并提出了一種結(jié)合MUSIC算法的聲矢量陣陣元姿態(tài)誤差自校正算法。當(dāng)陣元姿態(tài)角度誤差服從高斯分布時(shí)，通過(guò)非線性迭代使目標(biāo)函數(shù)最小化，從而實(shí)現(xiàn)陣元姿態(tài)誤差參數(shù)和信源波達(dá)方向(DOA)的聯(lián)合估計(jì)。該方法是一種無(wú)源校正方法，適用于陣元數(shù)目遠(yuǎn)大于各陣元姿態(tài)誤差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的情況。對(duì)于陣元姿態(tài)誤差較大的情況迭代時(shí)間會(huì)迅速增加，甚至導(dǎo)致不收斂的情況。